如何实现可自验证键的PowerShell自定义字典类型？

我想要实现一种可自行验证键的字典类型，仅允许特定字符串作为键值。尝试了如下实现：

class MyDict : Collections.DictionaryBase, ICloneable {
    [void] OnValidate($key, $value) {
        $validKeyValues = 'a','b','c'
        if ( $key -notin $validKeyValues ) {
            throw "Key $key failed validation, must be one of $validKeyValues."
        }
    }

    [object] Clone() {
        $clonedDict = [MyDict]::new()
        $this.GetEnumerator() | ForEach-Object { $clonedDict.Add($_.Key, $_.Value) }
        return $clonedDict
    }
}

function StackOverflow {
    param(
        [MyDict]$Dictionary
    )
    $Dictionary
}

$dict = [MyDict]::new()
$dict.a = 'x'

StackOverflow $dict

该实现通过成员访问方式（如$dict.a = 'x'）设置和获取值时可行，但无法通过索引方式设置新值（即$dict['key'] = 'value'无效），不过索引获取值（如$dict['a']）可正常返回结果。存在以下疑问：

1. 上述方法是否是PowerShell中实现自验证键自定义字典的最优方案？
2. 能否修复PowerShell中无法通过索引设置值的问题？
3. 该实现是否合理？是否存在未发现的严重缺陷或更优实现方式？

备注：曾尝试继承泛型Dictionary<TKey,TValue>类而非DictionaryBase，但该泛型类不支持OnValidate($key, $value)方法，无法实现自验证。为简化问题范围，暂未实现ISerializable和IDeserializationOnCallback接口。使用环境为PowerShell 7.4.5。

问题解答 #

1. 该方法并非最优方案 #

DictionaryBase是.NET Framework时期的非泛型抽象类，设计初衷是简化字典类的基础实现，但在PowerShell 7+（基于.NET 6+）的环境中属于较陈旧的设计。虽然OnValidate能提供验证逻辑，但这种方式缺乏类型安全性，且PowerShell对其索引器的支持存在兼容性问题，不是实现自定义验证字典的首选方案。

2. 修复索引设置无效的问题 #

问题根源在于DictionaryBase的默认索引器（Item属性）setter并未正确触发OnValidate方法，且PowerShell继承该类时没有自动继承完整的索引器行为。需要在自定义类中显式重写索引器的get和set逻辑：

class MyDict : Collections.DictionaryBase, ICloneable {
    [void] OnValidate($key, $value) {
        $validKeyValues = 'a','b','c'
        if ( $key -notin $validKeyValues ) {
            throw "Key $key failed validation, must be one of $validKeyValues."
        }
    }

    # 显式定义索引器
    [object] get_Item([string]$key) {
        return $this.Dictionary[$key]
    }

    [void] set_Item([string]$key, [object]$value) {
        $this.OnValidate($key, $value)
        # 先移除旧值（如果存在）再添加，避免重复键报错
        if ($this.Dictionary.Contains($key)) {
            $this.Dictionary.Remove($key)
        }
        $this.Dictionary.Add($key, $value)
    }

    [object] Clone() {
        $clonedDict = [MyDict]::new()
        $this.GetEnumerator() | ForEach-Object { $clonedDict.Add($_.Key, $_.Value) }
        return $clonedDict
    }
}

修改后，$dict['a'] = 'y'这类索引赋值操作会触发OnValidate验证，且能正确设置值。

3. 原实现的缺陷与更优方案 #

原实现的主要缺陷

• 非泛型设计：DictionaryBase存储的是object类型的键值，缺乏类型检查，容易出现类型错误。
• 依赖PowerShell动态成员特性：$dict.a = 'x'这种成员访问方式并非字典本身的原生支持，而是PowerShell的PSObject动态成员扩展，逻辑上不属于字典的标准操作，可能引发意外行为（比如键名与类的原生成员冲突时会出错）。
• 不完整的字典接口实现：仅继承DictionaryBase未显式实现IDictionary的全部方法，部分字典操作可能存在兼容性问题。

更优实现方式：组合泛型字典+显式验证

放弃继承DictionaryBase，转而封装泛型Dictionary<string, object>，自行实现验证逻辑，这种方式更灵活且符合现代.NET/PowerShell的设计思路：

class ValidatedDict : ICloneable, System.Collections.IDictionary {
    hidden [System.Collections.Generic.Dictionary[string, object]] $_innerDict
    hidden [string[]] $_validKeys = ('a', 'b', 'c')

    ValidatedDict() {
        $_innerDict = [System.Collections.Generic.Dictionary[string, object]]::new()
    }

    # 验证键的私有方法
    hidden [void] ValidateKey([string]$key) {
        if ($key -notin $_validKeys) {
            throw "Key '$key' is invalid. Valid keys are: $_validKeys"
        }
    }

    # 显式实现索引器
    [object] get_Item([string]$key) {
        return $_innerDict[$key]
    }

    [void] set_Item([string]$key, [object]$value) {
        $this.ValidateKey($key)
        $_innerDict[$key] = $value
    }

    # 实现IDictionary的Add方法
    [void] Add([object]$key, [object]$value) {
        if (-not $key -is [string]) {
            throw "Key must be a string."
        }
        $this.ValidateKey($key)
        $_innerDict.Add($key, $value)
    }

    # 实现IDictionary的其他必要方法（示例）
    [void] Clear() { $_innerDict.Clear() }
    [bool] Contains([object]$key) { return $_innerDict.ContainsKey($key) }
    [System.Collections.IDictionaryEnumerator] GetEnumerator() { return $_innerDict.GetEnumerator() }
    [bool] get_IsFixedSize() { return $false }
    [bool] get_IsReadOnly() { return $false }
    [System.Collections.ICollection] get_Keys() { return $_innerDict.Keys }
    [void] Remove([object]$key) { $_innerDict.Remove($key) }
    [System.Collections.ICollection] get_Values() { return $_innerDict.Values }

    # 实现ICloneable
    [object] Clone() {
        $cloned = [ValidatedDict]::new()
        foreach ($kvp in $_innerDict.GetEnumerator()) {
            $cloned.Add($kvp.Key, $kvp.Value)
        }
        return $cloned
    }
}

这种方案的优势：

• 基于泛型字典，类型更安全，性能更好。
• 完全控制所有字典操作的验证逻辑，避免依赖PowerShell的动态特性。
• 显式实现IDictionary接口，兼容性更强，能无缝参与所有标准字典操作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Blaisem